原油輸送泵與介質(zhì)關(guān)系論述

孫國(guó)政 景瑞

摘要：在長(zhǎng)輸管線中，泵站是輸油系統(tǒng)中必不可少的部分，原油的集輸及系統(tǒng)的運(yùn)行對(duì)油田的開(kāi)發(fā)有著十分重要的作用，我國(guó)在油田開(kāi)發(fā)后期，原油組分里蠟的成分較高，導(dǎo)致原油的粘度也普遍偏高，原油的輸送方式大多數(shù)為管道運(yùn)輸，加熱輸送是高粘易凝原油輸送主要的方式。管道輸送方式的能耗主要是長(zhǎng)輸泵站油泵的能耗及原油采用加熱輸送加熱站的熱能消耗部分。輸油管道受出站溫度，管線情況、輸油泵效率、及油品粘度等綜合因素的影響，本文從加油熱能耗及原油粘度對(duì)泵輸送效率的能耗兩方面進(jìn)行分析，并給出優(yōu)化運(yùn)行措施，從而為重質(zhì)油節(jié)能輸送提供了一定的參考。

關(guān)鍵詞：重質(zhì)油;泵;粘度;能耗

目前我國(guó)建設(shè)的長(zhǎng)輸原油管道已達(dá)1.8萬(wàn)多公里，原油管線輸送7萬(wàn)多公里，在“十二五”規(guī)劃就提出加快西北、東北、西南河海上進(jìn)口油氣管線輸送的規(guī)劃，在長(zhǎng)輸管線中，泵站是輸油系統(tǒng)中必不可少的部分，原油的集輸及系統(tǒng)的運(yùn)行對(duì)油田的開(kāi)發(fā)有著十分重要的作用。能耗是管道輸送單位成本控制的重點(diǎn)，管道輸送方式的能耗費(fèi)用主要包括兩方面，一方面是原油采用加熱輸送加熱站的熱能消耗部分的費(fèi)用。另一方面是長(zhǎng)輸管道通過(guò)泵站增壓而消耗的動(dòng)力費(fèi)用，由于輸油管道受出站溫度，管線情況、輸油泵效率、及油品粘度等綜合因素的影響，為了降低輸管線輸油系統(tǒng)的能耗，尋求一種能減少能耗的原油輸送是本文的主旨，本作者從加油熱能耗及原油粘度對(duì)泵輸送效率的能耗兩方面進(jìn)行分析并給出優(yōu)化論證，為后期的重質(zhì)有輸送提供一定的參考。

一、長(zhǎng)輸原油管道熱輸送加熱站的熱能消耗分析

長(zhǎng)輸原油管道在輸送原油過(guò)程中，等溫輸送和加熱輸送是最常用的兩種輸油方式，加熱輸送是原油進(jìn)入管道之前，要在加熱站進(jìn)行加熱，加熱站的出站油溫度需要綜合考慮油品的粘度、溫度、油品蒸汽壓力，進(jìn)而確定加油站的出站溫度，以便于運(yùn)輸?shù)捻槙场Ｔ图訜岬臏囟纫诒３衷谙蚬艿劳馍l(fā)熱量之后仍然不會(huì)太低。并且，原油經(jīng)過(guò)加熱站經(jīng)過(guò)加熱之后，要經(jīng)過(guò)泵站加壓，這樣可以使原油運(yùn)輸保持原有的流速。

（一）長(zhǎng)輸原油管道加熱爐能耗分析

目前原油加熱主要采用熱媒爐加熱方式，加熱爐通過(guò)換熱器原理，加熱后的原油走換熱器殼體，而長(zhǎng)輸油管道運(yùn)輸中，介質(zhì)的有效溫度、加熱爐的能效、換熱器的換熱效率等都會(huì)影響燃料油的單耗。加熱爐通過(guò)換熱器原理，加熱后的原油走換熱器殼體，流量不受限制，適用于大流量及流量變化范圍較大的長(zhǎng)輸原油管道，但通過(guò)對(duì)加熱站加熱燃料油單耗的分析發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)輸原油管道中原油的輸入量與輸出量越小，介質(zhì)的溫度越低，加熱爐的效率越低，加熱站加熱燃料油單耗越高。為有效控制加熱站加熱燃料油單耗和提升加熱效率，降低管道運(yùn)輸過(guò)程中的能量消耗，需對(duì)長(zhǎng)輸原油管道運(yùn)輸?shù)妮斎肓亢洼敵隽窟M(jìn)行控制，提高加熱爐的工作效率及換熱器的換熱效率，達(dá)到節(jié)能降耗的效果。

（二）環(huán)境溫度對(duì)長(zhǎng)輸原油管道能耗的影響

原油運(yùn)輸管道運(yùn)行的理想狀態(tài)就是在一定的溫度條件下，通過(guò)控制原油管道內(nèi)原油的粘度，以保證原油能夠通過(guò)泵站順利加壓，原油能夠正常運(yùn)行的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)總能耗最低的狀態(tài)。在四季溫度變化過(guò)程中，長(zhǎng)輸原油管道受環(huán)境溫度的變化影響發(fā)生變化，導(dǎo)致管道周?chē)岚l(fā)生了變化，影響管道能耗。管道周?chē)慕橘|(zhì)溫度降低后，管道熱能消耗會(huì)升高。而當(dāng)管道周?chē)慕橘|(zhì)溫度升高后，管道熱能消耗會(huì)降低。

為了維持管道周?chē)臏囟?，可以在長(zhǎng)輸原油管道周?chē)龊帽胤雷o(hù)措施，在一定的條件下，同樣可以考慮管道伴熱等方式，避免原油溫度變化受到周?chē)慕橘|(zhì)影響，在一定程度上降低熱能的消耗。同時(shí)，維持長(zhǎng)輸管道內(nèi)原油的溫度，降低長(zhǎng)輸原油管道的能耗。通過(guò)對(duì)管道周?chē)橘|(zhì)的溫度的干預(yù)，減少原油運(yùn)輸過(guò)程中能量的總消耗，提高管道運(yùn)行維護(hù)方面的經(jīng)濟(jì)效益。

二、長(zhǎng)輸原油泵能耗分析

我國(guó)在長(zhǎng)輸管線泵的研究及生產(chǎn)制造比國(guó)外起步都晚，且受材料、鑄造、生產(chǎn)工藝等的影響，生產(chǎn)泵的壽命及可靠性相對(duì)較低，在國(guó)外生產(chǎn)的長(zhǎng)輸管線泵的結(jié)構(gòu)大多采用水平中開(kāi)單級(jí)雙吸中離心泵、而對(duì)離心泵來(lái)講，輸送介質(zhì)的粘度對(duì)泵的流量、壓力、效率都有嚴(yán)重影響 ，在離心泵對(duì)粘度的控制方面，當(dāng)介質(zhì)粘度小于20mm2/s，時(shí)，離心泵的性能參數(shù)不必進(jìn)行換算，粘度大于20mm2/s，時(shí)均需要對(duì)離心泵的性能進(jìn)行換算，而我國(guó)現(xiàn)階段油田開(kāi)發(fā)中，原油組分里蠟的成分高，原油的粘度也原高于對(duì)離心泵換算的臨界粘度值。長(zhǎng)輸管道通過(guò)泵站增壓而消耗的動(dòng)力費(fèi)用主要來(lái)源于驅(qū)動(dòng)輸油泵產(chǎn)生的電耗，依據(jù)工業(yè)泵選用手冊(cè)的，原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)輸油泵的軸功率依據(jù)公式（1）核算：

Pc：軸功率，單位（kW）;ρ：泵輸送的介質(zhì)密度，單位（Kg/m3）;g：重力加速度，單位（m/s2）;Q：流量，單位（m3/s）;H：揚(yáng)程，單位（m） η：輸油泵在額定工況下的效率

由式（1）中可以看出，輸油泵電耗與泵的流量、揚(yáng)程成正比，與泵的效率成反比，要減小原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)輸油泵的功率損耗，就要以最低的能耗輸送較多的原油。當(dāng)泵的選用一定時(shí)，影響泵流量及壓力的就是輸送原油的粘度，下面就針對(duì)特定原油（參數(shù)見(jiàn)表1）在各種溫度下的粘度，依據(jù)離心泵性能修正系數(shù)（圖1）進(jìn)行修正換算，換算特定溫度下的粘度原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)輸油泵的功率損耗變化見(jiàn)表（2）

從上述核算數(shù)據(jù)看出，在原油管道的運(yùn)輸過(guò)程中，伴隨著原油溫度的變化、粘度的變化，對(duì)輸油泵的電耗影響很大，通過(guò)定量分析，原油粘度對(duì)電耗的影響，得出變化規(guī)律可以看出，溫度每增加5℃，長(zhǎng)輸油泵電耗增加1.5%。原油流量的變化對(duì)動(dòng)力消耗也有一定的影響。為了降低原油管道原油輸送的能耗，在原油管道設(shè)計(jì)及輸送過(guò)程中，應(yīng)優(yōu)先考慮加熱輸送方案，同時(shí)綜合考慮油溫升高時(shí)加熱爐的能耗與。

三、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，基于重質(zhì)原油的管道輸送過(guò)程中泵站的主要耗能分析，要全面分析影響長(zhǎng)輸原油管道能耗的關(guān)鍵因素，有針對(duì)性地采取措施，才能?chē)?yán)格控制能耗，通過(guò)加熱輸送在加熱站進(jìn)行加熱時(shí)，加熱爐對(duì)燃料油的能耗解析，側(cè)重分析管線輸送離心泵受溫度、粘度對(duì)驅(qū)動(dòng)輸油泵原動(dòng)機(jī)的功率損耗分析，給出優(yōu)化運(yùn)行措施，從而為重質(zhì)油節(jié)能輸送提供了一定的參考。